01數(shù)字孿生沒(méi)那么深?yuàn)W！3個(gè)關(guān)鍵詞搞懂?dāng)?shù)字孿生
“數(shù)字孿生”在很多人眼中是一項(xiàng)晦澀難懂的新技術(shù)。明明“數(shù)字”很好理解，“孿生”也不難懂，為什么這兩個(gè)詞結(jié)合在一起就變得深不可測(cè)了呢？
因?yàn)閿?shù)字孿生集物聯(lián)網(wǎng)、三維建模、大數(shù)據(jù)、5G等技術(shù)于一體，那么多高新技術(shù)結(jié)合在一起看起來(lái)的確復(fù)雜，但想搞清楚數(shù)字孿生真正含義其實(shí)只用三個(gè)關(guān)鍵詞就夠了！
關(guān)鍵詞1：由實(shí)到虛：將現(xiàn)實(shí)世界中的物理對(duì)象在數(shù)字空間復(fù)制一個(gè)數(shù)字對(duì)象，這個(gè)對(duì)象就是數(shù)字孿生體。
關(guān)鍵詞2：虛實(shí)互通：基于物聯(lián)網(wǎng)傳感、仿真等技術(shù)將物理對(duì)象的幾何形狀、大小、機(jī)制原理和運(yùn)行狀態(tài)等信息在數(shù)字孿生體上表達(dá)出來(lái)。現(xiàn)實(shí)空間物理對(duì)象什么狀態(tài)，數(shù)字空間中的數(shù)字孿生體就什么狀態(tài)，高度還原現(xiàn)實(shí)世界所發(fā)生的一切。
關(guān)鍵詞3：以虛控實(shí)：在數(shù)字空間中，能通過(guò)管理系統(tǒng)反向控制物理世界的運(yùn)行，這樣才能更好地管理運(yùn)營(yíng)現(xiàn)實(shí)世界。
由實(shí)到虛，虛實(shí)互通，以虛控實(shí)這三個(gè)詞組合在一起就是數(shù)字孿生的基本概念了。搞清楚什么是數(shù)字孿生了，那數(shù)字孿生與3D可視化究竟又有什么區(qū)別與聯(lián)系呢？
02 3D可視化是數(shù)字孿生成果的表達(dá)工具
上文在講數(shù)字孿生基本概念的時(shí)候提到過(guò)數(shù)字孿生體一詞，什么是數(shù)字孿生體呢？數(shù)字孿生體簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是通過(guò)數(shù)字化手段對(duì)物理對(duì)象進(jìn)行描述，這種描述可以分成不同層級(jí)，最基本的就是描述幾何模型，包括物理對(duì)象的大小、形狀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、空間位置以及不同零件間的位置關(guān)系等等，這也是將物理對(duì)象可視化的過(guò)程。
可視化可以分為2D和3D，比起2D可視化，3D可視化能夠更加直接地將各行業(yè)的數(shù)據(jù)立體化地呈現(xiàn)出來(lái)，因此現(xiàn)在大多數(shù)字孿生都是通過(guò)3D可視化表達(dá)。我們可以簡(jiǎn)單理解為，3D可視化其實(shí)是數(shù)字孿生成果的一種常見(jiàn)表達(dá)工具。
03做數(shù)字孿生為什么離不開(kāi)3D引擎？
3D引擎到底是啥？有啥用？聽(tīng)到"引擎"兩個(gè)字，你可能首先會(huì)想到汽車引擎，這是汽車的核心部件，為汽車提供動(dòng)力的。如果沒(méi)有引擎，那么汽車就只能是一個(gè)模型。3D模型也一樣，你用3DMax軟件制作了一個(gè)非常逼真、精美的3D模型，還有光影和動(dòng)畫(huà)效果，甚至每一根發(fā)絲都是那么真實(shí)，但它是“死”的，不能與人互動(dòng)。
而3D引擎能夠讓3D模型“活”起來(lái)。你可以讓3D人物在街道上奔跑，街道兩邊的建筑和光影效果都是“實(shí)時(shí)渲染”出來(lái)的，你可以增加一大堆跑酷動(dòng)作，比如“下蹲”、“奔跑”、“跳躍”、“躲避”等等。
這就是3D引擎的能力，它賦予了3D模型人機(jī)交互的能力，讓你不需要編寫(xiě)很多代碼，就能讓3D模型在“體”、“相”、“用”三方面逼近現(xiàn)實(shí)世界真實(shí)的人和物，才能為數(shù)字孿生提供核心動(dòng)力。
04為什么說(shuō)游戲引擎并不是做數(shù)字孿生的最佳選擇？
常見(jiàn)的3D引擎可以分成兩大類，一類是Native3D引擎（客戶端），這類引擎以Unity、UE4等游戲引擎為主，另一類是Web3D引擎（瀏覽器），以T3D為代表的基于WebGL和WebGPU開(kāi)發(fā)的渲染引擎為主。
可能有的小伙伴會(huì)有疑問(wèn)了，為什么要開(kāi)發(fā)這么多引擎呢？一種引擎不夠用嗎？《游戲引擎架構(gòu)》這本書(shū)給出了答案↓在游戲領(lǐng)域，沒(méi)有所謂最好的引擎，只有最合適的引擎，這句話同樣適用于數(shù)字孿生領(lǐng)域。
那回到本文的主題，做數(shù)字孿生項(xiàng)目應(yīng)該用什么引擎呢？在思考這個(gè)問(wèn)題前，我們先要搞清楚數(shù)字孿生場(chǎng)景和游戲場(chǎng)景的區(qū)別。
做數(shù)字孿生可視化，主要的業(yè)務(wù)場(chǎng)景是城市、園區(qū)、樓宇和數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)管理，業(yè)務(wù)價(jià)值是幫助人們更好地認(rèn)知和管理現(xiàn)實(shí)世界。所以，這種業(yè)務(wù)場(chǎng)景和游戲有很大的區(qū)別。游戲大都是封閉的虛擬世界，里面出現(xiàn)的人物、事件和地點(diǎn)都是事先設(shè)計(jì)好的，游戲中做出的決策也不會(huì)影響現(xiàn)實(shí)世界。
而數(shù)字孿生是用來(lái)管理現(xiàn)實(shí)世界的，現(xiàn)實(shí)世界有大量的工具平臺(tái)需要兼容和集成、有大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)需要接入和處理，這些都是傳統(tǒng)游戲引擎難以適應(yīng)的。
另外，現(xiàn)實(shí)世界的管理需求在不斷演變，數(shù)字孿生應(yīng)用就需要不停地迭代，甚至以周為單位交付新的管理功能。如果用游戲引擎來(lái)做數(shù)字孿生應(yīng)用開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)且不說(shuō)，而且應(yīng)用迭代起來(lái)非常麻煩。因此就需要一個(gè)低門檻、易調(diào)試、高性能的引擎來(lái)開(kāi)發(fā)數(shù)字孿生應(yīng)用。
05數(shù)字孿生的最佳引擎應(yīng)該具備哪些能力？
數(shù)字孿生要打通現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界，讓現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)進(jìn)入虛擬世界，讓人們?cè)谔摂M世界中做出的決策和操作，能夠影響現(xiàn)實(shí)世界，所以數(shù)字孿生的最佳引擎應(yīng)該具備以下特點(diǎn)：
1??支持海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)
現(xiàn)實(shí)世界有大量的傳感器，它們將物理對(duì)象的運(yùn)行數(shù)據(jù)連續(xù)不斷地傳入數(shù)字孿生系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)快速構(gòu)建出一個(gè)3D仿真的虛擬世界，實(shí)時(shí)顯示數(shù)字孿生體的空間坐標(biāo)、運(yùn)行狀態(tài)和相關(guān)管理運(yùn)營(yíng)指標(biāo)。這就需要場(chǎng)景中的每個(gè)3D對(duì)象都是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的，能夠根據(jù)數(shù)據(jù)狀態(tài)的變化而變化。
2??支持與第三方物聯(lián)系統(tǒng)的無(wú)縫整合
在數(shù)字孿生和物聯(lián)網(wǎng)管理領(lǐng)域，已經(jīng)有眾多的樓宇監(jiān)控系統(tǒng)、資產(chǎn)管理系統(tǒng)和物聯(lián)控制系統(tǒng)存在。數(shù)字孿生可視化系統(tǒng)并非要取代這些系統(tǒng)工具，而是要和這些原有的系統(tǒng)工具相互補(bǔ)充，要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通和界面整合。因?yàn)榇蟛糠忠延邢到y(tǒng)都是Web應(yīng)用，所以，數(shù)字孿生引擎必須兼容Web應(yīng)用，要能夠在Web瀏覽器中運(yùn)行，要支持IFrame技術(shù)。
3??更快的需求響應(yīng)速度和適變能力
對(duì)于一個(gè)現(xiàn)實(shí)世界的管理系統(tǒng)而言，管理場(chǎng)景會(huì)不斷演進(jìn)，功能需求也會(huì)不斷變化，系統(tǒng)要發(fā)揮價(jià)值，就必須不斷的優(yōu)化，疊加新功能，所以開(kāi)發(fā)效率的十分重要。要提升開(kāi)發(fā)效率，最好的辦法是采用前端編程語(yǔ)言，Javascript是前端開(kāi)發(fā)者使用最廣泛的語(yǔ)言，學(xué)習(xí)門檻低，開(kāi)發(fā)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)游戲引擎。
UINO優(yōu)锘科技完全自研的數(shù)字孿生引擎ThingJS，渲染兼容T3D/Three.JS/UE4等引擎，采用Javascript語(yǔ)言，低代碼、好上手，支持靈活構(gòu)建各類數(shù)字孿生管理場(chǎng)景，能夠?qū)雍Ａ繑?shù)據(jù)實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)。還封裝了很多常用的數(shù)字孿生管理對(duì)象、3D模型、接口規(guī)范，比如，針對(duì)空間管理業(yè)務(wù)，ThingJS引擎就內(nèi)置了“園區(qū)”、“建筑”、“樓層”、“房間”、“攝像頭”這些空間層級(jí)、空間對(duì)象和設(shè)備等等，大大降低了數(shù)字孿生應(yīng)用的開(kāi)發(fā)門檻和成本，是更適合做數(shù)字孿生的專業(yè)引擎。
